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石墨烯储氢能否走出实验室?

日期:2021-08-20    来源:中国能源报  作者:韩逸飞

能源资讯中心

2021
08/20
08:50
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关键词: 储氢技术 固态储氢 金属氢化物储氢

怎样更好地储存、利用氢能是行业关注的重点。传统的氢气储运主要通过高压气态法或低温液态法实现,高压气态法对容器质量要求高,容易造成氢气泄漏,而且安全性低。低温液态法则需要将氢气冷却至零下200摄氏度以下,成本昂贵,经济性差导致适用范围小。

8月8日,西安交通大学电气学院张锦英教授团队开发了石墨烯界面纳米阀固态储氢材料,称以高活性轻金属氢化物为原材料,通过界面纳米阀非催化动力学调控机制,实现储氢材料安全、可控、稳定释氢。不过,业内也随之出现了不少质疑声。

最高储氢密度可达25%

由于氢气易燃易爆、密度小、极易扩散等特点,导致储氢技术仍然是氢能发展的瓶颈。

一般来说,传统的钢瓶储存属于常温高压气态储氢,对容器的高压耐受性有较严格的要求,因此钢瓶存储的体积比容量和质量比容量均较低,固态储氢方式的能量密度一般都会高过钢瓶存储,但也有原材料成本高、原材料“氢脆”导致复用性不佳等问题。

梧桐树投资经理李博洋认为,纯净的石墨烯虽然具有大比表面积,但其反应活性较低,不足以促进氢的离解和后续的吸附,因此,纯净石墨烯的储氢性能有限。

而张锦英教授的储氢方式为金属基石墨烯复合材料储氢,是在原有金属氢化物储氢的基础上,利用石墨烯表面金属修饰、杂原子掺杂等方法,实现了安全、稳定。

记者联系张锦英教授得知,该方法的石墨烯界面纳米阀结构能有效隔绝水氧,杜绝氢气自发泄漏,提高材料的储运安全性,避免了使用笨重的高压金属罐或者添加额外的保护装置来进行运输,极大地提高了材料便携性和系统储氢密度,其最高储氢密度能达到25%,超过了现有的所有储氢方式的储氢量。

可解决低温困扰

一位不愿具名的氢能企业人士认为,张锦英教授的石墨烯界面纳米阀固态储氢材料,克服了稳定释放、低温释放氢气等难题。

简单来说,此项技术的原材料是高活性轻金属氧化物,通过非催化动力学调控机制建立起能够有效隔绝水氧、解决氢气自发泄漏、便携的石墨烯界面纳米阀结构,以实现储氢材料安全、稳定释放氢气。

上述人士作出进一步解释:“就是将石墨烯良好的包覆性能运用在氢能储存上面,通过控制对石墨烯的包覆,调节它的速度快慢,来达到有序地释放氢气。除此之外,石墨烯界面纳米阀固态储氢材料可以在低温环境中稳定工作。”

李博洋提出,石墨烯二维结构拥有热力学上的稳定性,对氢的吸附能力有限,金属基储氢材料的释气难点主要在金属氢化物上。带有石墨烯涂覆层的储氢材料在释气速度上优于一般金属基储氢材料,同时,从低温释气的对照试验上也可以看出石墨烯表面结构对释气的动力学推动作用。

“张锦英教授的方法,对中、低温储氢材料释气速度作出了较大贡献,可以拓展燃料电池极端温度下的应用场景,其稳定高效的释气方式将继续推动燃料电池进行结构创新。”李博洋表示。

仍处于小试中试环节

李博洋告诉记者,在张锦英教授的方案中,石墨烯只是作为表面涂层材料,其实际质量和金属材料间仍有几个量级的差距。目前,工业上宏量制备大尺寸石墨烯的成本仍不乐观,但相比于目前在高端3C产品上应用的石墨烯导热片,储氢材料的石墨烯对其表面微观形貌要求较低,且一定程度的结构缺陷反而有利于储氢。

“相信未来,随着石墨烯材料在下游市场应用条件成熟,将为其商业化规模化应用提供驱动力。”李博洋表示。

不过,也有多位专家提出了疑问——“这应该是20年后的技术,我个人认为氢气储运的技术路线还是应该多借鉴天然气”“张锦英教授的技术太前沿了,机理我不是很清楚,但是回想当年石墨烯电池也曾一度引起了轰动”“核心的指标未显示,应该更加偏重于技术研究,估计还在研发的初级阶段,是否实现商业化推广,还需以后再看”……对此,张锦英教授表示,受资金影响,目前该项目技术仍处于小试中试环节,就现在的材料而言,如果不能形成一个闭环,价格偏高,但整体运行起来后,价格就会降下来。

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